KR20160137698A - 3d센서를 이용한 재활운동 분석시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재활운동의 단계별 진행과정을 3D센서로 측정하여 척추측만증, 사지기형 및 비만정도의 진행정도를 측정하고, 체형에 맞는 운동을 지속적으로 처방함으로써, 운동기구를 통한 재활운동으로 체형에 변화를 주고 지속적인 3D측정으로 정확한 진단 및 체형의 교정이 이뤄지도록 한 3D센서를 이용한 재활운동 분석시스템에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 3D센서로 측정된 사용자의 체형정보는 제어부를 통하여 저장부에 기록되고; 상기 저장부에 기록된 사용자의 체형을 분석하여 척추측만증, 비만체형 및 사지기형을 판단하는 체형분석부가 구비되며; 상기 체형분석부의 체형분석에 따라 승마기구를 좌우측, 상하측 및 복합팔자형으로 운동시키는 승마운동비교부가 구비되고; 사용자의 재활과정에서 변화된 체형은 상기 3D센서로 측정하여 체형의 변화를 상기 체형분석부에서 측정하고, 상기 저장부에 기록된 이전 체형과 비교하여 체형의 변화를 분석하는 특징이 있다.

Description

3D센서를 이용한 재활운동 분석시스템{Rehabilitation analysis system using 3D sensor}
본 발명은 3D센서를 이용한 재활운동 분석시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 재활운동의 단계별 진행과정을 3D센서로 측정하여 척추측만증, 사지기형 및 비만정도의 진행정도를 측정하고, 체형에 맞는 운동을 지속적으로 처방함으로써, 운동기구를 통한 재활운동으로 체형에 변화를 주고 지속적인 3D측정으로 정확한 진단 및 체형의 교정이 이뤄지도록 한 3D센서를 이용한 재활운동 분석시스템에 관한 것이다.
일반적으로 재활치료나 체력단련을 위해서는 치료나 단련을 위한 신체의 각부위별로 운동을 수행할 필요가 있으며, 이러한 운동으로는 다양한 종류의 운동이 개발되어 사용되고 있다. 재활치료 운동에는, 양팔로 중량(웨이트)을 들어올리는 상체 근력운동, 양팔의 가로방향 유연성을 높이는 양팔가로방향 운동, 양팔의 회전 유연성을 높이기 위한 양팔회전 운동, 하체의 단련을 위한 싸이클링이나 스텝핑(steppoing), 하체의 유연성을 높이기 위한 걷기나 러닝 외에도 다양한 운동이 개발 및 사용되고 있으며, 체력단련을 위한 운동의 종류도 다양한 방식의 운동이 개발되어 사용되고 있으며, 이러한 재활치료나 체력단련운동은 주로 각 부위별 운동장치가 1개 이상 설치된 운동기구를 사용하는 것에 의해 수행된다.
그런데, 종래의 재활치료나 체력단련을 위한 운동기구에서는, 운동자는 운동 만을 수행할 뿐, 운동자가 운동에 재미를 느낄수 있도록 하는 흥미유도의 요소가 부족하였다.
이를 감안하여 종래 실용등록 제382430호는 피치료자나 운동자가 운동을 행하는 동안 수행되는 운동이 운동자가 선택한 종류의 영상으로 변환되어 디스플레이장치에 시현되거나, 운동자가 수행하는 운동으로써 게임을 진행하고 이 진행되는 게임의 상기 디스플레이장치에 영상화되어 시현되므로, 운동자가 즐기면서 운동을 수행할 수 있도록 하는 디스플레이장치를 구비한 구조의 재활치료 및 체력단련을 위한 운동기구를 제안한 바 있다.
그러나 종래의 운동기구는 사용자의 신체 상태를 측정하여 신체 구조에 맞는 운동을 처방한 것이 아니므로 척추측만증, 사지기형 및 비만체형에 맞는 운동을 선택할 수 없으므로 효과적인 재활치료를 할 수 없었다.
최근 들어, 승마자세와 평형감각과 균형감각을 연습할 수 있는 다양한 기구들이 개발되고 있다. 그 일례로서, 승마운동기구가 있다. 승마형 운동기구는, 사용자가 앉을 수 있는 안장과, 안장을 상,하,좌,우로 요동운동시키는 요동운동장치를 구비한다. 이러한 승마형 운동기구는, 안장에 앉은 사용자를 요동운동시키는 구조이므로, 사용자에게 승마운동의 효과를 제공한다. 따라서, 사용자로 하여금 승마자세와 평형감각과 균형감각 등을 연습할 수 있게 한다.
종래 특허 제1188136호는 사용자가 탑승할 수 있는 안장과; 상기 안장을 요동운동시키는 요동운동수단과; 상기 안장을 일측의 도약위치로부터 상측의 점핑위치와 타측의 착지위치로 점핑운동시키는 점핑운동수단을 구비하며, 상기 점핑운동수단은, 상기 안장을 전방의 X축 방향으로 운동시키기 위한 제 1운동장치와, 상기 제 1운동장치에 의해 전방의 X축 방향으로 운동하는 상기 안장이 상부로 치솟으면서 점핑운동할 수 있도록, 상기 안장을 상부의 Y축 방향으로 운동시키기 위한 제 2운동장치를 포함하는 승마운동 시뮬레이터에 있어서, 상기 제 1운동장치는, 상기 안장을 지지하는 무빙프레임과; 상기 무빙프레임을 전,후방으로 가이드 하기 위한 가이드수단과; 상기 가이드수단을 따라 설치되는 스크류 이송축과; 상기 스크류이송축과 나사결합될 수 있도록 상기 무빙프레임에 형성되는 암나사부 및; 상기 암나사부가 상기 스크류 이송축을 따라 나사운동하면서 상기 무빙프레임과 안장을 전방의 X축 방향으로 운동시킬 수 있도록, 상기 스크류 이송축을 회전운동시키는 구동모터를 포함하는 특징이 있다.
본 발명자는 3D센서를 이용하여 체형진단의 객관화 및 체형질환 진단플랫폼으로서 과학적으로 접근하고, 각종 체형진단 및 척추질환, 수술전후 등을 비교, 진단 예측하여 질환, 질병의 특성 판단에 대한 객관화 된 기준을 제시하기 위한 3D센서를 이용한 스캐너를 특허출원 제2015-0028097호로 선출원중에 있다.
본 발명은 본 발명자의 선출원중인 3D센서를 이용하여 재활운동을 분석하는 시스템을 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 재활운동의 단계별 진행과정을 3D센서로 측정하여 척추측만증, 사지기형 및 비만정도의 진행정도를 측정하고, 체형에 맞는 운동을 지속적으로 처방함으로써, 운동기구를 통한 재활운동으로 체형에 변화를 주고 지속적인 3D측정으로 정확한 진단 및 체형의 교정이 이뤄지도록 한 3D센서를 이용한 재활운동 분석시스템을 제공함에 있다.
이를 위하여 본 발명은 3D센서로 측정된 사용자의 체형정보는 제어부를 통하여 저장부에 기록되고; 상기 저장부에 기록된 사용자의 체형을 분석하여 척추측만증, 비만체형 및 사지기형을 판단하는 체형분석부가 구비되며; 상기 체형분석부의 체형분석에 따라 승마기구를 좌우측, 상하측 및 복합팔자형으로 운동시키는 승마운동비교부가 구비되고; 사용자의 재활과정에서 변화된 체형은 상기 3D센서로 측정하여 체형의 변화를 상기 체형분석부에서 측정하고, 상기 저장부에 기록된 이전 체형과 비교하여 체형의 변화를 분석하는 특징이 있다.
본 발명에 따르면 3D센서로 체형을 정확하게 측정하여 체형에 맞는 운동을 지속적으로 처방할 수 있다. 예컨데 척추측만증의 경우 좌우측으로 척추를 움직여주는 좌우승마운동을 처방하여 승마운동을 통하여 좌우측의 척추를 강화할 수 있다. 비만체형의 경우 상하측으로 운동을 하면서 복부지방이나 체지방의 흔들림으로 체력소모에 따른 칼로리소비로 비만이 치료되도록 상하승마운동을 처방한다.
또한 사지기형의 경우 복합적으로 움직이도록 복합팔자승마운동을 처방하여 시승자가 전신의 움직임을 통하여 기형적인 체형이 바로잡히도록 할 수 있다. 또한 이러한 승마운동을 하는 동안 비전센서를 이용하여 시승자의 자세를 지속적으로 모니터링하여 체형의 변화를 측정하고 또한 정확한 자세가 되도록 화면 및 음성므로 자세를 교정하여 승마운동이 효과적으로 수행되도록 한 것이다.
이러한 운동을 통하여 승마운동의 효과가 그대로 치료자에게 전달될 수 있으며, 신체교정 효과가 있고, 또한 스크린을 통하여 화면을 보면서 운동을 하므로 지루하고 힘든 교정/재활 운동을 재미있게 할 수 있다. 또한 진단, 교정 지도, 컨설팅, 교정 운동, 교정결과 등 개인별 맞춤 서비스를 제공하고, 성장판을 자극하여 청소년의 신체성장에 도움을 주며, 조깅보다 우수한 근육 사용량과 시간당 소모칼로리가 높아 비만을 교정하는데도 효과적이다.
그리고 재활운동의 전과정을 지속적으로 모니터링하고 또한 단계별로 3D센서를 이용하여 체형의 변화를 추적하여 교정과정이 바르게 진행되고 있는지를 감시할 수 있으므로 교정과정에 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명 한 실시예의 3D센서 시스템의 개념도
도 2는 본 발명 한 실시예의 재활운동 분석시스템의 블록도
도 3은 본 발명 한 실시예의 재활운동 분석시스템 흐름도
도 1 내지 도 3에서 본 발명의 스캐너는 3D센서(10)를 기둥(11)의 상부에 장착한 것이다. 3D센서(10)는 공지의 마그네틱센서, 모션센서, 가속도센서, 자이로센서 등을 선택적으로 조합하여 사용할 수 있다. 3D센서(10)는 기둥(11)에 부착되어 측정대상자의 x축, y축, z축의 형상을 복합적으로 검출하여 출력하면, 이를 증폭, 필터링하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 그 위치정보 등의 필요 데이터와 함께 출력하게 된다. 이러한 위치 및 형상에 대한 검출은 퍼지 이론에 기반을 두고 분석하며, 중앙 서버(30)에서는 이를 분석하여 필요한 체형정보를 생성하거나 영상으로 표시하여 디스플레이로 나타내도록 한다.
제어부(20)는 3D센서(10)에서 입력되는 사용자의 체형을 저장부(24)에 기록하고, 또한 표준 체형과 사용자의 체형을 비교하여 체형분석부(25)에서 이를 분석한다. 상기 체형분석부(25)는 척추측만증, 비만체형 및 사지기형 등의 체형을 분석한다. 그리고 승마운동비교부(26)는 체형에 맞는 운동을 처방한다. 예컨데, 척추측만증의 경우 좌우운동으로 척추 근육을 강화시키는 운동이 필요하고, 비만체형의 경우 상하운동으로 칼로리를 빠르게 소비할 필요가 있으며, 사지기형의 경우 좌우, 상하운동이 복합적으로 시행되도록 운동을 처방할 필요가 있다.
또한 스크린종류선택부(27)는 초보자용, 중급자용(공원산책코스), 고급자용(섬 일주코스) 및 경주용(경주용 트랙)으로 구분하여 사용자가 승마운동기구를 처음 접하거나 또는 사용한 정도에 맞게 스크린에 투영되는 화면의 종류를 선택하도록 할 수 있다. 그리고 맵을 다양화 하여 평면3D맵, 실사맵 및 가상현실3D맵을 구현한다. 평면3D맵은 유니티 프로그램을 활용하고, 실사맵은 드론 등으로 전국의 유명 산책길, 드라이브 코스 등을 촬영하여 승마용 스크린에 적용한다. 그리고 가상현실3D맵은 안경 또는 기구를 착용하지 않고도 모니터 만으로 입체화면 및 현실감을 극대화 할 수 있다.
또한 치료와 운동이라는 힘든 과정에 재미 요소를 배합하여 무료함을 제거하고, 운동 및 치료효과를 극대화하기 위하여 1인용 게임(속도게임 및 아이템 획득게임), 대결게임(최대 8명 동시참여가능) 및 스마트폰 앱게임(캐릭터를 활용한 말 기르기 게임등)을 구현한다. 그리고 자세비교판단부(28)는 승마기구(21)에 탑승한 사용자의 운동자세 및 교정자세를 비전센서로 작동되는 자세검출부(23)에서 검출하여 탑승자의 상태를 지속적으로 모니터링하고 이를 저장부(24)에 기록하도록 제어부(20)가 흐름제어한다.
또한 승마응용 마상 트레이닝 시스템을 구축하여 승마기의 움직임에 의한 수동적 운동치료에 대비 사용자의 능동적 참여 유도로 빠른 치료 목적을 달성하고, 특히 복부지방 제거수술후 요요현상을 방지하는 시스템을 구축한다. 이를 위하여 상기 승마기구(21)는 다음과 같은 동작을 구현한다. 마상 상체운동1(로윙앤 버터플라이모션) : 양팔은 90도를 유지한 상태에서 동작을 진행하는데, 팔을 올려주고 - 열어주고 - 모아주고 - 내려주는 동작의 반복.
마상상체운동2(얼터네이트 펀치 앤 레터럴레이즈) : 가볍게 주먹쥐고 연속 펀치후 팔을 앞으로 들어주고 모아준다.
마상 코어운동1(후르즌사이드밴드 앤 팩댁플아이 모션) : 양팔을 양 옆으로 뻗고 좌우로 허리를 구부려주고 펴준다.
마상 코어운동2(복서포즈 크로스 토터치) : 왼손으로 오른쪽 무릎을 터치하듯 허리를 숙여준다. 왼손과 오른손 번갈아가며 동작을 8회 반복한다.
마상 하체운동1(벤트오버 스쿼트) : 항상 허벅지 안쪽에 힘을 주고 진행한다. 허리는 곧게 편 상태를 유지한다. 마상 하체운동2(니업 앤 힙업 모션)
이처럼 구성된 본 발명 한 실시예의 재활운동시스템은 3D센서(10)가 한쪽에 구비되고, 반대쪽에는 떨어져서 턴테이블(12)이 구비된다. 턴테이블(20)에는 측정대상자가 올라가 바른 자세로 서있게 되는데, 3D센서(10)에서 조사된 빔이 측정대상자 쪽으로 비춰진다. 턴테이블(12)은 제어부(20)의 신호에 따라 3D센서(10)가 작동되면 한방향으로 서서히 작동되면서 측정대상자를 회전시킨다.
따라서 3D센서(10)에서 조사된 빔이 측정대상자의 전신에 비춰지면서 3차원적인 측정이 가능하다. 이처럼 측정된 체형정보는 제어부(20)를 통하여 저장부(24)에 저장된다. 체형은 척추측만증, 비만체형 및 사지기형 등이 검출되는데, 이러한 체형정보를 바탕으로 상기 체형분석부(25)는 사용자의 정확한 체형을 분석한다. 그리고 승마운동비교부(26)는 체형에 맞는 운동을 처방하는 것으로서, 척추측만증의 경우 좌우운동을 처방하고, 비만체형의 경우 상하운동을 처방하며, 사지기형의 경우 복합팔자형운동을 처방한다.
또한 재활운동과정에서 변화된 신체의 특징이 3D센서에 의해 측정되기 때문에 재활운동의 분석이 가능하다. 재활운동 과정이 바르게 진행되고 있는지 또는 신체의 변화가 정확하게 이뤄지고 있는지가 측정되므로 재활운동을 분석할 수 있다.
사용자는 3D센서로 체형을 측정한 뒤 승마기구(21)에 탑승한다. 이때 제어부(20)는 사용자의 체형 정보에 맞는 운동이 시행되도록 승마기구(21)를 조작한다. 만약 사용자의 체형이 척추측만증일 경우 승마기구(21)는 좌우측으로 운동되면서 사용자의 척추를 강화시키고, 체형을 교정시킨다.
또한 비만체형의 경우 승마기구(21)를 상하측으로 운동시킨다. 이때 사용자는 승마기구에 앉은 상태에서 상하측으로 출렁거리면서 칼로리를 소모하기 때문에 비만체형이 교정된다. 그리고 사지기형의 경우 복합팔자형운동을 처방하여 승마기구(21)가 복합적으로 움직이도록 한다. 그리고 스크린종류선택부(27)는 사용자의 승마 경험에 맞게 초보자용, 중급자용, 고급자용 및 경주용으로 스크린(22)의 화면을 조정한다. 사용자가 초보자의 경우 중급자의 화면을 보여주면 화면 적응을 못해서 불안정한 자세를 보이며, 또한 낙상할 우려가 있다. 따라서 제어부(20)는 사용자의 입력된 정보에 맞는 화면을 스크린(22)에 출력한다.
또한 자세검출부(23)는 사용자의 승마자세를 비전센서로 검출하여 제어부(20)로 보낸다. 승마기구(21)에 앉은 사용자가 척추측만증의 경우 승마기구(21)는 좌우측으로 움직이면서 사용자를 운동시키는데, 이때 사용자의 좌우측으로 움직이는 정도를 자세검출부(23)에서 측정하여 제어부(20)로 보낸다. 이때 자세비교판단부(28)는 사용자의 자세를 분석하여 교정운동의 정도를 판단한다. 만약 자세가 안정된 경우 자세비교판단부(28)는 사용자의 교정상태를 양호로 판단한다. 또한 자세가 불안정한 경우 자세불량으로 판단하여 교정상태를 불량으로 판단한다. 이러한 정보는 제어부(20)를 통하여 저장부(24)에 기록되고, 다음 교정운동때 활용된다. 그리고 이러한 운동상태는 모뎀(29)을 통하여 사용자의 스마트폰(31)이나 서버(30)로 보내진다.
승마운동의 경우 변화무쌍한 승마의 움직임을 승마시뮬레이터로 재현한 것으로서, 실제 말갈기 등을 이용하여 실제의 말모형을 그대로 재현한 것으로서, 정서적인 안정감을 준다. 실제 말을 조종하는 방법과 동일한 승마기 조종 방법으로 무료함이 없으며, 승마자는 승마기가 움직이는 동안 균형을 잡기 위해 무의식적으로 반응하여 평소에 쓰지 않는 전신의 잔근육을 발달시키고 신체의 균형을 잡아줌으로 교정운동에 효과적이다.
또한 승마하는 동안 무료함을 없애기 위해 대형 모니터에 3D 화상을 표출하여 화면에 표출되는 길을 따라 승마기를 고삐로 조종하는 것으로서, 승마자의 승마자세를 자세검출부(23)에서 비전센서로 촬영, 분석하고, 분석된 데이터를 기초로 치료 방향을 제시한다. 그리고 치료 전후 전 과정을 실시간 고객에게 제공하여 스마트폰(31)에서 언제든 확인 가능한 개인별 맞춤 치료 및 맞춤 서비스를 제공한다.
그리고 재활운동 과정에서 3D센서로 체형을 지속적으로 모니터링하고 분석하기 때문에 재활치료가 바르게 진행되는지를 알 수 있으므로 재활분석이 가능하고 또한 치료 대상자는 자신의 체형 변화를 알 수 있으므로 재활의지를 높일 수 있는 등의 이점이 있다.
10 : 3D센서 20 : 제어부
21 : 승마기구 22 : 스크린
23 : 자세검출부 24 : 저장부
25 : 체형분석부 26 : 승마운동비교부
27 : 스크린종류선택부 28 : 자세비교판단부
29 : 모뎀 30 : 서버
31 : 스마트폰

Claims (2)

  1. 3D센서로 측정된 사용자의 체형정보는 제어부를 통하여 저장부에 기록되고;
    상기 저장부에 기록된 사용자의 체형을 분석하여 척추측만증, 비만체형 및 사지기형을 판단하는 체형분석부가 구비되며;
    상기 체형분석부의 체형분석에 따라 승마기구를 좌우측, 상하측 및 복합팔자형으로 운동시키는 승마운동비교부가 구비되고;
    사용자의 재활과정에서 변화된 체형은 상기 3D센서로 측정하여 체형의 변화를 상기 체형분석부에서 측정하고, 상기 저장부에 기록된 이전 체형과 비교하여 체형의 변화를 분석하는 것을 특징으로 하는 3D센서를 이용한 재활운동 분석시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 승마기구에 탑승한 사용자의 자세를 비전센서로 촬영하여 자세를 검출하는 자세검출부가 구비되고;
    상기 자세검출부에서 획득된 사용자의 승마자세는 상기 제어부를 통하여 자세비교판단부로 입력되고, 상기 자세비교판단부에서 사용자의 승마초기 자세와 승마중의 자세를 비교하여 자세교정상태를 상기 저장부에 기록함을 특징으로 하는 3D센서를 이용한 재활운동 분석시스템.
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